Ученые предложили искать темную материю через «воспоминания» черных дыр

Темная материя до сих пор ускользает от прямого наблюдения, но японские ученые предлагают новый способ поиска — с помощью гравитационных волн, вызванных древними черными дырами, которые могли бы хранить память о самом начале Вселенной.

Концепция первичных черных дыр в очень ранней Вселенной. Аккреционные диски должны сделать черные дыры видимыми; они, скорее всего, не образовались бы в настоящей молодой Вселенной

Источник: https://phys.org/

Работа японских ученых, опубликованная в Physical Review D, предлагает необычный сценарий: темная материя может состоять из первичных черных дыр, образовавшихся сразу после Большого взрыва. Эти черные дыры могли не испариться, как предполагал Стивен Хокинг, благодаря эффекту, названному «бременем памяти». Этот эффект, согласно теории, замедляет процесс испарения за счет накопленной информации внутри черной дыры, делая ее более устойчивой.

Первичные черные дыры, или PBH, как считают исследователи, могли образоваться из плотных участков энергии в первые мгновения существования Вселенной. Если такие объекты имели начальную массу от 100 до 10 миллионов килограммов, они могли сохраниться до наших дней. При этом, в отличие от обычной материи, они взаимодействуют только через гравитацию — и потому могут быть ответственны за явление темной материи, которую не удается зафиксировать в экспериментах с частицами.

Сила индуцированной гравитационной волны (вертикальная ось) в зависимости от частоты спектра (горизонтальная ось) для различных начальных масс PBH от 1 грамма до 10 миллиардов граммов. Левые и правые рисунки относятся к двум различным выборам для безразмерных спектров мощности первичных возмущений кривизны

Источник: https://phys.org/

Группа во главе с Казунори Кохри из Национальной астрономической обсерватории Японии сосредоточилась на поиске следов таких PBH через гравитационные волны. Эти волны, возникающие при образовании черных дыр, несут отпечатки их свойств и могут быть зафиксированы современными или будущими обсерваториями, такими как LISA, DECIGO и Cosmic Explorer. Особый интерес представляют низкочастотные волны, связанные с тяжелыми PBH, в которых «память» наиболее выражена.

Физики построили спектры — графики распределения силы волн по частотам — и показали, что наблюдения, проводимые в течение одного года, могут дать сигнал, достаточный для проверки гипотезы. Важно, что предсказанные спектры имеют «инфракрасный хвост» — область низких частот, в которой наблюдение наиболее перспективно.

Это первое исследование, в котором гипотеза о темной материи из первичных черных дыр с квантовой памятью связывается с конкретными сигналами гравитационных волн, доступными для будущих наблюдений

Источник: Unsplash

Если такие волны удастся обнаружить, это станет прямым косвенным подтверждением существования PBH в роли темной материи. Кроме того, это подтвердит фундаментальные идеи о квантовой гравитации, в частности, гипотезу Двали о стабилизации черных дыр с помощью их собственной квантовой информации.

Если одни ученые ищут темную материю в гравитационных волнах, оставшихся от первичных черных дыр, то другие предлагают совершенно иной путь — свет сам мог стать источником этой загадочной субстанции. Как почти безмассовые частицы превратились в темную материю, рассказывается в этой статье.